MAX7219在PLC中的應用

摘 要： 介紹了靜態(tài)顯示芯片MAX7219的工作原理，提出了一個適于PLC的結構簡單且十分實用的靜態(tài)顯示系統(tǒng)，并以SIEMENS公司的S7-200PLC為例，討論了硬件連接和軟件編程。

關鍵詞： MAX7219 PLC 靜態(tài)顯示系統(tǒng)

最新推出的小型高集成度的PLC如SIEMENS S7-200系列，其主模塊上就帶有多個開關量輸入／輸出點，并且具有符合工業(yè)標準的485串行通訊口，便于用戶進行設備的單機獨立控制或連接成完全分布式的計算機監(jiān)控網(wǎng)絡，與遠方控制室連接。但在實際運用中，有些單機控制器或一些遠離控制室的設備往往需要就地顯示，便于操作人員操作或巡視。SIEMENS PT200顯示器就是為此而研制的。但其顯示屏小且多為液晶顯示，不適合強光和光線極弱的場合，而且占用串行口資源、安裝不便、價格較貴。通常解決的方法是充分利用PLC開關量輸出點，采用并行方式驅動LED顯示器。并行顯示占用的資源較多，而一般小型PLC主模塊上的開關量輸出點不多（S7212為６個輸出點，S7-214為10個輸出點），難以滿足多位顯示和多點控制的要求。本文提出了一種采用MAX7219芯片與PLC輸出點配合的方法，通過簡單的硬件連接，利用PLC強大的編程能力，可根據(jù)實際情況對它靈活編程，實現(xiàn)ＬＥＤ的顯示和功能控制。

１ MAX7219簡介

MAX7219是一種新型的串行接口的8位數(shù)字靜態(tài)顯示芯片。它是由MAXIM公司新推出的24腳雙列直插式芯片，其引腳圖如圖1所示。

SEGA~SEGG和SEGDP為LED七段驅動器線和小數(shù)點線，供給顯示器源電流；DIGO～DIG7為8位數(shù)字驅動線，輸出位選信號，從每位LED共陰極吸入電流。

圖2為MAX7219工作時序圖。由圖2可知，DIN是串行數(shù)據(jù)輸入端，在CLK的上升沿，一位數(shù)據(jù)被加載到內部16位移位寄存器中，CLK端最高輸入頻率可達10MHz，在輸入時鐘信號的每個上升沿，均有１位數(shù)據(jù)由DIN移入到內部寄存器中，LOAD用來裝載數(shù)據(jù)，在LOAD的上升沿，16位串行輸入數(shù)據(jù)被鎖存到數(shù)字或控制寄存器中。LOAD必須在第16個時鐘上升沿的同時或之后、在下一個時鐘上升沿之前變高，否則數(shù)據(jù)將會丟失。

規(guī)定一組數(shù)據(jù)為16位二進制數(shù)據(jù)包，其格式如下：

其中位不用，為內部５個控制寄存器和8個LED顯示數(shù)據(jù)寄存器的地址，地址編碼如表１所示。為５個控制寄存器命令字或8個LED數(shù)碼管待顯示的數(shù)據(jù)。因為控制寄存器與顯示數(shù)據(jù)寄存器均獨立編址，所以可以通過程序單獨對每個寄存器進行操作。一般情況下，程序先送控制命令，后向顯示寄存器送數(shù)據(jù)，但必須注意，每16位為一組，從高位地址字節(jié)最高位開始送起，直到低位數(shù)據(jù)字最后一位為止。

２ MAX7219與PLC的硬件連接

現(xiàn)以SIEMENS公司小型PLC S7-214為例討論PLC與MAX7219的硬件連接和軟件編程。S7-214輸出點不多（Q0.0～Q1.1，共十位）且只有一個RS-485通信端口。S7-214與MAX7219的硬件連接如圖３所示。S7-214的Q0.0,作串行數(shù)據(jù)輸出，連接到MAX7219的DIN腳，Q0.1和Q0.2通過程序分別模擬MAX7219的時鐘脈沖CLK及數(shù)據(jù)加載LOAD信號。MAX7219的SEGA~SEGFGF,SEGDP端連接到各LED數(shù)碼管對應的a～f及db端，DIG0～7分別接8位LED數(shù)碼管的共陰極，以實現(xiàn)位選。

實際上，數(shù)碼管的位數(shù)可在1～8之間任意選擇，這可由寫入的掃描界線寄存器的命令字決定。注意：18腳和19腳間9.6kΩ的電阻是必須的，并且為了使由峰值數(shù)字驅動器電流引起的紋波減到最小，需要在V+和GND之間盡可能靠近芯片的地方外接一個10μF的電解電容和一個0.1μF的瓷片電容。MAX7219應放在緊靠LED顯示器的地方，且連線盡可能短，兩個GND引腳都必須連接到地線上。

３ 軟件編程

在S7-214的Ｖ存儲區(qū)開辟兩個字節(jié)的存儲單元VW0，專門用來放16位二進制數(shù)據(jù)包，其中高位字節(jié)VB1規(guī)定放高位地址字節(jié)，低位字節(jié)VB0規(guī)定放低位命令字或待顯示的數(shù)字。

由于MAX7219的控制寄存器和顯示寄存器均獨立編址，顯示程序實際上就是S7-214在Q0.1（CLK），Q0.2(LOAD)時序的配合下不斷通過Q0.0(DIN)向MAX7219的相應控制寄存器和數(shù)據(jù)顯示寄存器寫入16位二進制數(shù)據(jù)包的過程。所以問題的關鍵在于編寫一個通用的寫入子程序，將VW0的內容從高位到低位在Q0.1(CLK)的作用下依次移入移位寄存器，最后由Q0.2的上升沿（LOAD信號）鎖存到相應的內部控制寄存器和數(shù)據(jù)顯示寄存器中去。寫入子程序的程序流程圖如圖４所示。

無論初始化MAX7219的控制寄存器，還是在相應的數(shù)碼管顯示數(shù)字，均可通過調用上述通用寫入子程序完成。注意在調用子程序之前，必須先用MOVW指令將正確的16位二進制數(shù)據(jù)移入VW0中。

MAX7219按5個控制寄存器規(guī)定的方式對待顯示的數(shù)字自動掃描顯示，所以在顯示程序之前，必須初始化5個控制寄存器。各控制寄存器的功能分述如下：

（１）譯碼方式寄存器 對每個數(shù)字設置BCD碼B（0～9、E、H、L、P和-）或非代碼操作。寄存器中的每一位與一個數(shù)字對應。邏輯高電平選擇代碼B譯碼，而低電平選擇旁路譯碼器。

（２）顯示亮度寄存器 其中位可任意，而可選擇0000～1111。D3～D0的值越大，LED顯示器越亮。

（３）掃描范圍寄存器 其掃描范圍寄存器設置所顯示數(shù)據(jù)的多少，可從1至8。它們一般以掃描速率1300Hz、8位數(shù)據(jù)、多路復用方式顯示。

（４）關閉寄存器 其中位可任意。，關閉所有顯示器；D0=1，允許顯示。

（５）顯示測試寄存器 其中D7~D1位可任意；Do=0，ＬＥＤ處于正常工作狀態(tài)；Do=1，允許顯示。LED處于顯示測試狀態(tài)。

在送完控制字后，可根據(jù)實際需要調用顯示子程序，改變1～8個數(shù)據(jù)寄存器的內容，完成顯示功能。

MAX7219只需一組+5V電源和PLC的三個輸出口，且無附加電路，可驅動1～8個LED顯示器，顯示亮度可調，工作可靠。